大容量储能系统控制技术研究 27

用户的主动性、积极性不高
投资的主动性、积极性不高 政策的主动性、积极性非常高（国网、南网发文）
原因
原因
储能的作用还没有被充分认识，储能控制策略重要性认识 储能的作用被认识
不到位
（储能控制重要性认识仍然不到位）
储能的价值还没有被充分认可，储能不是电能的搬运工， 储能的作用被认可，但价值实现较难
是电能主动平衡的工具
大容量储能系统控制技术
杭州 2019-4-25
内容
1 储能系统概述 2 储能系统控制技术 3 总结
2
储能系统概述-分类
物理类
抽水蓄能 压缩空气 飞轮储能 超级电容
电化学类
锂离子电池 铅蓄电池 钠硫电池 液流电池
3
储能系统概述-作用
电池储能系统的作用
1
2
电源侧
新能源：平抑新 能源发电的功率 波动，减少弃光 弃风。
如何充分发挥储能的价值研究得不够
储能系统的“成本控制” 需要花大的力气
储能系统的“成本控制” 还有很长的路要走
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内容
1 储能系统概述 2 储能系统控制技术 3 总结
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储能系统的控制要求
储能变流器的控制策略
- 频率/电压控制 - 有功/无功控制 - 虚拟同步机（VSG）控制
储能系统的控制要求
- 并网时：一次调频/调压控制、暂态紧急控制、（二次调频/调压控制、PQ控制） - 离网时：恒频/恒压控制、（PQ控制）
X
* d
Xd
PI
id*
id
PI
1 L id
uS
ud*
u u
*
αβ
dq
iq
1 L iq
u*
X
* q
Xq
PI Leabharlann Baidu iq*
PI
q
u*
I
Xc
- Xd*：D轴指令值，有功功率、频率等
ΔU
- Xd： D轴测量值
Uc ～
- Xq*：Q轴指令值，无功功率、电压等
- Xq： Q轴测量值
SPWM
～
US
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储能变流器的控制策略
8
储能变流器的控制策略
储能单元架构
放电
放电
充电
充电
Uc ～
I
Xc
ΔU
～
US
电池
变流器
电网
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储能变流器的控制策略
储能变流器等效为一个电源
- 有功、无功双向可控
Uc ～
I
Xc
ΔU
～
US
-1.1PN -Pn
无功
过载能力 正常输出
1.1Pn Pn
有功
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储能变流器的控制策略
储能变流器的基本控制策略
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储能系统的控制技术（并网）
并网储能系统的控制技术
- 并网控制案例：印度国家电网储能研究示范项目
调频
调峰
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储能系统的控制技术（离网）
离网储能系统变流器的运行模式
- VSG模式：模拟同步发电机外特性运行 - V/F模式：按给定的电压/频率指令运行，维持系统电压/频率稳定 - 调频调压模式：按频率/电压指令调节有功、无功（非重要模式） - PQ模式：按给定的有功/无功指令，输出稳定的功率（非重要模式）
电池系统
• 高级功能控制装置，根据不同应用需求，制定相应 的系统级控制策略，并下发指令给PCS执行
• 储能系统的核心设备，能够实现能量在电池和电网 之间的可控双向流动
• 储能系统的能量储存介质
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储能系统的控制技术（并网）
一次调频调压模式运行
PS
曲线1
- PCS设备一次调频
P1
各PCS按照下垂曲线获得有功无功指令，按功率指令进行闭环控制 P2
传统电源：辅助 火电调频，提高 发电厂经济效益
电网侧
调频 调压 调峰 紧急控制 黑启动
3
4
负荷侧
削峰填谷 平抑负荷波动 平移负荷，减少 对供电容量需求 应急电源
微网
基准电源 双向调控快速调 节工具
4
储能系统概述-作用
电网
放电 充电
电源
负荷
长时间 （分钟-小时）
中短时间 （秒-分钟）
调度及潮流优化
稳定频率和电压 （二次调频/调压）
短时 （毫秒-秒）
一次调频/调压 暂态控制
优化电源外特性 平抑新能源发电波动 消除新能源尖峰和深谷
优化负荷外特性
平抑负荷波动 应急电源
消除负荷尖峰和深谷
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储能系统概述-现状
2018年
现状 舆论很热，关注度很高，示范项目有，但商业项目不多 项目盈利困难
2019年
现状 舆论很热，关注度很高，项目多，实施很快 储能收益模式仍不明朗
适用储能系统容量不大、PCS数量不多的场合
PCS之间的行为差异，会导致总体调节效果受到影响
- 系统整体一次调频（配置协调控制器PMS/系统控制器）
f1 f2
f
协调控制器按照下垂曲线获得有功无功指令，下发给多PCS，各PCS按PQ模式运行
适用于系统容量大，PCS数量多的场合
协调控制器与PCS之间配置快速通信通道，实现命令的快速下达
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储能系统的控制技术（并网）
电网紧急控制
- 稳定控制常规方案：切机、切负荷，响应时间100-200ms - 稳定控制的新方案：快速控制储能系统，以调代切，响应时间小于
100ms，尽可能减小切机切负荷量
协调控制器接受稳控制子站控制命令，分解控制目标，快速下发给各PCS PCS快速接受指令、快速执行指令、快速控制到达目标值
- 按模拟同步发电机（VSG）模式运行，设置下垂外特性
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储能系统的控制技术（并网）
二次调频调压
- 一次调频调压设备接受外部二次调频调压命令，执行二次调节
PQ模式/调峰模式运行
- 各PCS按照给定的有功/无功指令进行闭环控制，输出稳定的功率 - 功率指令来自外部：上一级控制器、AGC/AVC、或监控系统 - 储能不主动参与任何电网需求响应控制，只跟踪给定的功率目标运行
- 并网时：一次调频/调压模式、暂态紧急控制、（二次调频/调压控制、PQ模式） - 离网时：恒频/恒压模式、（PQ模式）
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大容量储能系统典型架构
EMS
能量管理系统
• 监控管理整套储能系统，包含电气监控、能量管理 和智能辅助控制等子系统，保障系统安全可靠运行
PMS
协调控制器
PCS 储能变流器
BAT+BMS
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储能系统的控制技术（离网）
离网储能系统的控制技术
g
- 实现离网系频统率多-有V功S下G垂并控联制稳定运行的技术
锁电相压环分自量0 校反正馈g 的的Dp转电子流运 环Po动 稳定方性程提优升化策控略制
P
正负序独立控制的电压Pset环电流环参数设计方法
虚拟同步机技术（VSG)
虚拟同步发电机
一次调频：
一次调压：
惯性模拟：
g
并网时通过摇摆方程跟踪电网频率和相位
Q* Q
nq
u0
ud*
0
uq*
Pe
1
1
1
mp
Pref
J 0 s
g
s
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储能系统的控制要求
储能变流器的控制策略
- 频率/电压控制 - 有功/无功控制 - 虚拟同步机（VSG）控制
储能系统的控制要求